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典型喀斯特区不同成因高镉稻田土壤镉污染特征及环境行为研究

文献类型:学位论文

作者王莹
答辩日期2024
文献子类硕士
授予单位中国科学院大学
授予地点中国科学院地球化学研究所
导师刘意章
关键词地质高背景,氧化还原反应,重金属,微生物,污染机制
其他题名The pollution characteristic and environmental behavior of Cd in Cd-rich paddy soils with distinct sources
英文摘要

我国西南喀斯特区是典型的地质高背景区,同时也处于大面积低温成矿域,不同成因导致的土壤镉(Cd)富集是该区域的重要环境问题。地质源与人为源Cd在输入途径、内在活性等方面差异较大,可能导致Cd在土壤中呈不同的分布特征和环境行为。迄今,针对喀斯特区不同成因高镉稻田土壤中Cd污染特征与环境行为的系统研究较为缺乏,限制了对土壤中不同来源Cd污染发生机制的认识。因此,本研究以贵州南部典型喀斯特地质高背景区和矿业活动区的稻田土壤为研究对象,通过野外调查,分析土壤剖面Cd的纵向分布特征、生物有效性变化及其影响因素;通过室内淹水-排水模拟实验,研究不同氧化还原条件下土壤Cd溶解度、活性及赋存形态变化规律,阐明Cd的环境行为并揭示其关键控制过程,探讨影响Cd活性变化的主要因素,拟为喀斯特区稻田土壤Cd污染风险管控提供科学依据。主要研究结果如下:(1)地质高背景区土壤Cd含量随土壤深度变化较小,矿业活动区土壤Cd含量随深度增加而降低,且有向深层迁移的趋势;铁锰氧化物结合态和可交换态是研究区土壤Cd的主要赋存形态,矿业活动区土壤可交换态Cd的占比约为地质高背景区土壤的2倍,且生物有效态Cd的占比(13.6%)高于地质高背景区土壤(7.76%)。地质高背景区土壤Cd的生物有效性受土壤有机质、游离铁氧化物等因素影响;矿业活动区土壤Cd的生物有效性主要受来源的影响,活性态Cd向下迁移可导致深层土壤Cd生物有效性升高。(2)矿山废水污染增加了稻田土壤中水溶态SO42-含量及硫相关细菌(Desulfobacteriota、Thermodesulfovibrionia)的相对丰度,并降低了需氧型细菌(Gemmatimonas)的相对丰度。氧化还原动态变化过程中土壤微生物群落结构变化较小,其中SO42-是矿业活动区土壤微生物群落变化的主要影响因子。(3)在土壤还原阶段,锰氧化物的还原溶解及其相关作用导致矿业活动区土壤中Cd在初始阶段释放,土壤溶解态Cd在后期以硫化物的形式被重新固定;而地质高背景区土壤中水溶态Cd含量逐渐下降,可能与较弱的阳离子竞争效应有关。在土壤氧化阶段,硫化物的氧化导致土壤中Cd的释放,随后部分溶解态Cd被锰氧化物、碳酸盐矿物和有机质等组分固定。(4)不同氧化还原条件下Cd的再分配过程影响土壤Cd生物有效性,Cd生物有效性随还原时间的增加而降低,在再氧化阶段随氧化时间的增加而升高。

语种中文
页码59
源URL  
专题地球化学研究所_研究生
推荐引用方式
GB/T 7714
王莹. 典型喀斯特区不同成因高镉稻田土壤镉污染特征及环境行为研究[D]. 中国科学院地球化学研究所. 中国科学院大学. 2024.

入库方式: OAI收割

来源:地球化学研究所

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